Измеритель времени установления выходного напряжения цифроаналоговых преобразователей

(511 4 Н 03 М 1/66 НИ лектрон С,М,Некр У 12, с,61,во СССР32, 1976.УСТАНОВЛЕНИЯРОАНАЛОГОВЫХ я к электроозволяет повремени, пряжения ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Московский инститной техники(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕНИВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ЦИФПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ(57) Изобретение относиизмерительной технике ивысить точность измеренустановления выходного цифроаналоговых преобразователей(ЦАП) за счет исключения погрешности, обусловленной помехой, и повысить помехоустойчивость за счет исключения ложных срабатываний нульоргановПо сигналу "Пуск" блок 4управления первым импульсным сигналом замыкает ключ 6 и на выходе интегратора 10 формируется напряжение,обратное выходному напряжению контролируемого ЦАП 2,поступающему на первый вход суммирующего блока 5,Выходноенапряжение интегратора 1 О поступаетна второй вход блока 5 и на выходесуммирующего блока 5 и входах нульорганов 7, 8 образуется напряжение,близкое к О. Вторым импульсным сиг12366 2 налом с блока 4 управления запускается задающий генератор 1, обеспечивающий периодическую смену кодовой комбинации на цифровых входах ЦАП 2. Исследование переходного процесса, подаваемого на входы нуль-органов 7, 8, осуществляется путем их стробирования, начиная с момента времени, заведомо превышающего время5установления и перемещения строб-импульса по временной оси к началу пе" " реходного процесса до момента срабатывания одного из нуль-органов 7, 8 Изобретение относится к электро- измерительной технике и может быть использовано для измерения динамических параметров преобразовательпах устройств, в частности для измерения времени установления выходного сигнала цифроаналоговых преобразователей.Целью изобретения является повышение точности измерения за счет ис- О ключения погрешности обусловленной синфазной помехой и повьппение помехоустойчивости за счет исключения ложнь 1 х срабатываний куль-органов.На фиг. представлена блок-схема 5 измерителя времени установления выходного сигнала цифроаналогового преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы; на фиг.3 - схема формирователя кодов: на фиг.4 - 2 О схема блока управления.Устройство (фиг.1) содержит задающий генератор 1, формирующий управляющий сигнал цифровых входов контролируемого цифроаналогового преобра зователя 2 формирователь 3 кодов, блок 4 управления, суммирующий блок 5, ключ 6, первый 7 и второй 8 нуль- органы, эпемент ИЛИ 9, интегратор 10, первый 11 и второй 12 счетчики импульсов, первый 13 и второй 14 триггеры, формирователь 15 строб в импульса, элемент 16 запрета, блок 17 измерения длительности импульса, клеммы 18-21 подключения контролируемого цифроаналогового преобразователя 2 к устройству, причем первый и второй при превышении допустимого отклонения исследуемого процесса до установившегося значения. Формированиеи перемещение строб-импульса реализуется блоком 15, Счетчики 11, 12,триггер 13 и элемент запрета 16 служат для надежного определения момента достижения значения границы зоныдопуска, при достижении которой длительность импульсов на выходе триггера 14, измеренная в блоке 17, будетравна времени установления ЦАП,з,п. ф-лы, 4 ил. 2противофазные) выходы задающего генератора 1 подключены к входам формирователя 3 кодов, выход которого подключен к выходной клемме 18 устройства. Входная клемма 19 устройства соединена с первым входом суммирующего блока 5. Выход. суммирующего блока 5 подключен к входам первого 7 и второго 8 нуль-органов и через ключ 6 - к входу интегратора 10, вы" ход которого связан с вторым входом суммирующего блока 5. Выходы нуль-органов 7 и 8 через элемент ИЛИ 9 подключены к счетному входу первого счетчика 11 импульсов, выход которого соединен с Б-входом первого триггера 13, второй выход задающего генератора 1 соединен с первым входом фор мирователя 15 строб-импульса и Я- входом второго триггера 14. Выход формирователя строб-импульса 15 соединен с управляющими (стробирующими 1 входами первого 7 и второго 8 нуль- органов, с К-входом второго триггера 14 и счетным входом второго счетчика 12 импульсов. Выход второго счетчика 12 импульсов подключен к обнупяющему входу первого счетчикаимпульсов и к второму входу элемента 16 запрета, первый вход которого соединен с выходом первого триггера 13. Выход элемента 16 запрета подключен к второму входу формирователя 15 строб-импульса. Выход второго триггера 14 соединен с входом блока 17 измерения длительности импульсовПервый выход блока 4 управле 1236612ния связан с входом задающего генератора 1, обнуляющим входом второгосчетчика 12 и входом первого триггера 13, а второй и третий выходы - суправляющими входами ключа 6 и Формирователя 3 кодов,Формирователь строб-импульса 15(фиг.3) содержит генератор 22 пилообразного напряжения, нуль-орган 23,формирователь 24 импульса, формирователь 25 порогового напряжения, причем запускающий вход генератора 22пилообразного напряжения соединен содним из выходов задающего генератора 1, Выход генератора 22 пилообразного напряжения подключен к первомувходу нуль-органа 23, второй входкоторого соединен с выходом Формирователя 25 порогового напряжения.Вход формирователя 25 порогового на- опряжения соединен с выходом элемента16 запрета. Выход нуль-органа 23 подключен к входу формирователя 24 импульсов, выход которого связан с входами сброса генератора 22 пилаабразного напряжения, К-входам триггера14, со стробирующими входами нуль-органов 7 и 8 и счетным входом счетчика 12 импульсов,Схема Формирователя 3 кодов состоит иэ переключателей на два полоежения. Сигнал на каждый цифровойвход формируется с помощью двух последовательно включенных переключателей, Такая комбинация включения пе 35реключателей позволяет Формироватьна каждом цифровом входе контролируемого преобразователя либо динамический (меняющийся во времени) сигналс одного из двух противофазных выхо 40дав задающего генератора, либо ста 11 1тиче ский сигнал логического 0 , постоя нный на в се время измерения .Схема блока 4 управления (Фи г , 4)состоит из двух по следовательно включенных ждущих муль тивибр атаров 26 и2 7 . Ждущий мультивибр атор 2 6 обеспечивает Формирование управляющегосигнала для замыкания ключа 6 и з апуска задним фронтом своего импульса ждущего мультивибр атара 2 7 . Ждущий мультивибр а тор 2 7 Формирует управляющие си гн алы для запуска передним фронтом своего импульса э адающего генератора 1 , установку в 0 зад 5ним . Фронтам своего импульса триг гера 1 3 и обнуления счетчика 1 2 импульсов ,Суммирующий блок 5 может быть выполнен на одних резисторах поскольку выходные напряжения контролируе" мого преобразователя 2 и интеграто" ра 10 разнапалярны) или на резисторах и широкополосном операционном усилителе,В качестве нуль-органов 7 и 8 используются страбируемые кампараторы напряжения, например такие, как кампараторы в интегральном исполнении 597 СА 1. В качестве формирователя .25 порогового напряжения может быть использован интегратор, выходное напряжение которого меняется дискретно (имеет ступенчатую форму) пад действием выходного импульса элемента 16 запрета, появляющегося в момент переполнения счетчика 12 импульсов.Устройство работает следующим образом.клемму 18 соединяют с клеммой 20, а клемму 9 - с клеммой 21, при этом контролируемый циФроаналоговый преобразователь 2 подключается к измерителю времени установления.В исходном состоянии задающий генератор заторможен и на одном из его выходов присутствует напряжение, соответствующее логической единице цифровых входов контролируемого цифроаналогового преобразователя 2, а на другом - логическому нулю. Формирователь 3 кодов позволяет сформировать произвольную комбинацию входного воздействия на цифровые входы, соответствующую любой точке характеристики кантролируемога преобразователя 2, чта обеспечивает контроль времени установления в любой точке ега характеристики и при смене любых смежных кодовых комбинаций. Так, например, если необходимо измерить время установления полной шкалы цифроаналогового преобразователя 2, т,е. время с момента подачи на все его цифровые входы логической единицы до момента установления выходного сигнала преобразователя 2 да установившегося уровня с погрешностью ф 1/2 единицы младшега разряда, в исходном состоя- нии с помощью формирователя 3 кодов и блока 4 управления все цифровые входы подключаются к выходу задающего генератора 1, на катарам присут 1236612ствует напряжение, соответствующее логической единице.Если требуется определить время установления при включении, например,5 всех разрядов, кроме старшего, старший разряд с помощью формирователя 3 кодов подключается на все время проведения измерительной операции к логическому нулю, остальные разряд, - к выходу задающего генератора 1 с логической единицей в исходном состоянии. В случае измерения времени установления при смене смежных кодовых комбинаций, например, при смене кода 0111 на 1000, в исходном состоянии цифровой вход старшего разряда контролируемого преобразователя 2 с помощью формирователя 3 кодов подключается к выходу задающего генератора 1, имеющего логический ноль, остальные разряды - к выходу задающего генератора 1, имеющего логическую единицу.Следовательно, в исходном состоянии выходной сигнал цифроаналогового преобразователя 2 соответствует установившемуся его значению в проверяемой точке характеристики.По команде оператора "Пуск" происходит запуск ждущего мультивибратора 26 в блоке 4 управления (фиг,4), выходной импульс которого замыкает ключ 6 (фиг.1). При этом выходное напряжение контролируемого цифроаналогового преобразователя 2, поступая через суммирующий блок 5 и ключ 6 на вход интегратора 1 О, вызывает увеличение абсолютного значения его выходного напряжения, полярность которого противоположна полярности выходного40 напряжения контролируемого преобразователя 2. В результате результирующий сигнал на выходе суммирующего блока начинает уменьшаться. По окончании переходного процесса установив 45 шееся значение выходного напряжения.а контролируемого преобразователя 2 полностью компенсируется выходным напряжением интегратора 10 и на выходе суммирующего блока 5 устанавливается напряжение близкое к нулю и равное смещению нуля интегратора 10, По окончании длительности импульса ждущего мультивибратора 26 блока управления ключ 6 размыкается и зад ним фронтом выходного импульса ждущего мультивибратора 26 происходит запуск ждущего мультивибратора 27 блока 4 управления, Передним фронтом выходного импульса ждущего мультивибратора 27 блока 4 управления происходит запуск задающего генератора1, обеспечивающего периодическую (с определенной частотой) смену кодовой комбинации на цифровых входах контролируемого преобразователя 2.Так, для приведенных выше примеров в первом случае периодически меняются кодовые комбинации 111 --0000, во втором случае 0111- 0000,в третьем случае 01111000, При этом с частотой задающего генератора 1 происходит периодическое изменение выходного сигнала контролируемого преобразователя 2(фиг,2 б), Л поскольку в исходном состоянии искомое установившееся значение выходного .сигнала преобразователя 2 было скомпенсировано выходным сигналом интегратора 10 (и сигнал компенсации после размыкания ключа б поддерживается интегратором 1 О постоянным), исследуемый переходный процесс на выходе суммирующего блока 5 располагается относительно нулевой линии независимо от выбранной контролируемой точки и наклона характеристики контролируемого преобразователя 2. Выходной сигнал суммирующего блока 5 подается на входы стробируемых нуль- органов 7 и 8, один из которых (с учетом коэффициента преобразования суммирующего блока 5) имеет порог срабатывания, превышающий значение +1/2 единицы младшего разряда ь контролируемого преобразователя 2, а другой - превышающий - -1/26Частота задающего генератора 1 выбирается таким образом, чтобы длительность его импульсов Т/2 (на фиг.2 а) формирующих искомое установившееся значение выходного сигнала контролируемого преобразователя 2, превышала максимальное измеряемое значение времени установления. Исследование переходного процесса, подаваемого на входы нуль-органов 7 и 8, осуществляется путем их стробирования, начиная с,момента времени заведомо превышающего время установления, и перемещения строб-импульса по временной оси к началу переходного процесса до момента срабатывания одного из нуль-органов 7 и 8 при превышении +1/2 й отклонения ис.1236 следуемого процесса от установившегося значения. Формирование и перемещение строб-импульса осуществляется следующим образом.Передним фронтом импульса задающего генератора 1, совпадающим с началом переходного процесса, происходит запуск генератора. 22 пилообразного напряжения, возрастающий сигнал которого фиг.26) поступает на один из входов нуль-органа 23. В момент превышения пилообразным напряжением порогового напряжения, формируемого формирователем 25 порогового напряжения, нуль-орган 23 срабатывает и с помощью формирователя 24 импульсов обеспечивает формирование строб-импульса, Крутизна выходного сигнала генератора 22 пилообразного напряжения и значение начального порогового напряжения нуль-органа 23 выбираются таким образом, что строб-импульс в начальный момент расположен на временной оси на участке заведомо установившегося переходного процесса выходного сигнала контролируемого преобразователя 2, Поэтому значение исследуемого сигнала, поступающего на нуль-органы 7 и 8 в момент строб-импульса, 30 находится в зоне допуска в нуль-ор" ганы 7 и 8 не срабатываютПри этом первый счетчик 11 импульсов остается в обнуленном состоянии, а первый триггер 3 - в нормализованном, обе- З 5 спечивая возможность прохождения импульсов с выхода второго счетчика 12 импульсов через элемент 16 запрета на формирователь 25 порогового напряжения, 40Строб-импульсы с частотой сканирования переходного процесса (т.е. ,с частотой задающего генератора 1) заполняют предварительно обнуленный второй счетчик 12 импульсов. При приходе И-го импульса происходит переполнение второго счетчика 12 импульсов и импульс переполнения через элемент 16 запрета поступает на формирователь 25 порогового напряжения, 50 уменьшая пороговое значение напряжения нуль-органа 23 на величину А 3, При крутизне 17 выходного сигнала генератора 22 пилообразного напряжения это приведет к перемещению момента 55 срабатывания нуль-органа 23, а, следовательно, и момента формирования строб-импульса к началу переходного 612 8М 1 процесса на величину ь 1= - . КромеЧ того, импульс переполнения второго счетчика 12 импульсов обнуляет первый счетчик 11 импульсов, после чего происходит исследование характерисгики в новой точке переходного процесса. Если и в этой точке переходной процесс находится в зоне допуска, поокончании Б повторяющихся переходных процессов вновь происходит переполнение второго счетчика 12 импульсов и перемещение строб-импульса по временной оси на Л 1 к началу переходного процесса, Перемещение строб-импульса будет происходить до тех пор, пока переходной процесс приблизится к границе зоны допуска (по- ложительному или отрицательному значению). При этом в зависимости от полярности отклонения исследуемого сигнала от устанавившегося значения начинает срабатывать один из нуль- органовили 8, заполняя своими выходными импульсами первый счетчик 11 импульсов, Если срабатывание нуль- органон 7 и 8 неустойчивое, нерегулярное и за Л переходных процессов не превысит числа Б/2 (что возможно в случае воздействия на нуль-органы 7 и 8 различного рода помех, шумов и т,д., накладываемых на исследуелый сигнал, особенно проявляемых при приближении переходного процесса к зоне допуска), переполнение первого счетчика 11 импульсов не происходит и импульс переполнения второго счетчика 12 импульсов по окончании И сканирований переходного процесса, обнуляя первый счетчик 11 импульсов, перемещает строб-импульс еще на величину М, обеспечивая устойчивое срабатывание одного из нуль-органов 7 и 8, что является признаком достижения переходным процессом границы зоны допуск а.В этом случае число срабатываний одного из нуль-органов 7 или 8 до окончания очередного цикла И сканиронаний переходного процесса превысит число И/2, что приводит к переполнению первого счетчика 11 импульсов, выходной импульс которого опрокидывает первый триггер 13, запрещая прохождение импульса переполнения второго счетчика 12 импульсов на формирователь 25 порогового напряжения, По окончании цикла сканирования им 123612пульс переполнения второго счетчика 12 импульсов, обнуляя первый счетчик 1 импульсов, не проходит на Формирователь 25 порогового напряжения, что сохраняет неизменным уровень сра батывания нуль-органа 23, а, следовательно, и расположение строб-импульса на временной оси, При возвращении ждущего мультивибратора 27 блока 4 управления (Фиг,4) в исходное состоя ние задним фронтом его выходного импульса происходит обнуление второго счетчика 12 импульсов и нормализация первого триггера 13, после чего процесс измерения может быть повторен. При периодическом повторении циклов сканирования устойчивое срабатывание нуль-органов 7 или 8 обеспечит неизменное положение строб- ,импульса на временной оси, момент появления которого и является моментом окончания переходного процессаисследуемого сигнала.Поскольку моменты запуска и нор 25 малиэации второго триггера 14 определяются соответственно передним фронтом импульсов задающего генератора 1, совпадающим с началом исследуемого переходного процесса, и строб-импульсом, периодическое появление которого совпадает с моментом достижения исследуемого переходного процесса своего установившегося значения, длительность выходных импульсов второго триггера 14, пов торяющихся с частотой 2 задающего генератора 1, в конце измеритель.ного цикла равна длительности переходного процесса исследуемого сигнала (Фиг,2 М). Поэтому, результат 40 измерения длительности выходных импульсов второго триггера 14 с помощью блока 17 измерения длительности импульсов и является результатом измерения времени установления циф роаналогового преобразователя.Поскольку частота задающего генератора 1 постоянна, при обеспечении постоянства амплитуды Б импульсов второго триггера 4 в качестве из мерителя 17 длительности импульсов можно использовать преобразователь среднего значения импульсного сигнала в пропорциональное напряжение постоянного тока, так как в этом 55случае его выходное напряжение Б однозначно определяет длительность преобразуемых импульсов, а, следовательно, и длительность переходного процесса, т,е, в этом случаеПри этом, поскольку выходные импульсы второго триггера 14 одно- полярны, наиболее просто можно реализовать преобразователь среднего значения на базе операционного усилителя, включенного по схеме апериодического звена, т.е. когда параллельно его сопротивлению обратной связи: включается накопительный (интегрирующий) конденсатор.Формула изобретения1. Измеритель времени установления выходного напряжения цифроаналоговых преобразователей, содержащий задающий генератор, Формирователь кодов, выход которого является выходом устройства, первый нуль-орган, элемент ИЛИ, первый триггер, первый счетчик импульсов, о т л и ч а ю - щ и й с я тем что, с целью повышения точности измерения и помехоустойчивости, в него введены суммиру" ющий блок, интегратор, ключ, второй нуль-орган, второй счетчик импульсов, второй триггер, Формирователь строб- импульса, элемент запрета, блок измерения длительности импульсов и блок управления, первый выход которого соединен с входом задающего генератора, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму входам Формирователя коцов со- ответственнО, третьи входы которого являются шинами входного кода устройства, входная шина устройства соединена с первым входом суммирующего блока, выход суммирующего блока подключен к входам первого и второго нуль-органов и информационному входу ключа,:выход которого через интегратор соединен с вторым входом суммирующего блока а управляющий вход - с вторым выходом блока управления, вход которого является ниной нПуск, второй:вход формирователя кодов объединен с Б-входом второго триггера и первым входом формирователя строб- импульса, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго нуль-органов, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ выход которого подключен к счетному входупервого счетчика импульсов, выход которого соединен с Я-входом первоготриггера, выход которого подключен кпервому входу элемента запрета, выход которого соединен с вторым входом формирователя строб-импульса,выход которого подключен к К-входувторого триггера и счетному входувторого счетчика импульсов, вход обнуления которого объединен с К-входом первого триггера и подключен кпервому выходу блока управления, авыход второго счетчика импульсов соединен с входом обнуления первогосчетчика импульсов и вторым входом элемента запрета, выход второго триггера подключен к входу блока измерения длительности импульса,2. Измеритель по п.1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что блок управ"ления содержит последовательно включенные первый и второй ждущие мультивибраторы, причем вход первого ждущего мультивибратора является входом1 О блошка управления, выход первого ждущего мультивибратора является вторым выходом блока управления, выходвторого ждущего мультивибратора являетсяпервым выходом блока управле 15 ния,123 б 612 СлММщегп геюероюжм г.7 к геа,кюгааЯРииР 32 Я ЮЫЮЮ 1 аСоставитель А,Симаги едактор В.Ивано ор Т,К ехред И.Попович Кор по делам иэобрет 113035, Москва, К(Заказ 3098/58 Тираж 816 ВНИ 11 ПИ Государствен С Подписное Прои твенно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул,Проектная,ного комитета С ний и открытий 5, Раущская наб 8 а ццрро 5 ье ЮЙ 1 конпралируаюга юреафаюРюею Г